Біртіндеп өмірімізге көптеген жаңа нәрселер еніп жатыр. Технологияның дамуы бір орында тұрмайды, ал ертең біз кеше армандауға батылы жетпеген нәрсе болуы мүмкін. Нейрокомпьютер интерфейсі (NCI) адам миы мен технология арасындағы байланысты, олардың ішінара әрекеттесуін жасайды.
NCI дегеніміз не?
NCI - адам миы мен электронды құрылғы арасында ақпарат алмасу жүйесі. Алмасу екі жақты болуы мүмкін, электрлік импульстар құрылғыдан миға келген кезде және керісінше, немесе тек бір объект ақпарат алған кезде бір жақты болуы мүмкін. Қарапайым тілмен айтқанда, NCI «ой күшін басқару» деп аталады. Өмірдің көптеген салаларында кеңінен қолданылған өте маңызды жаңалық.
NCI қалай жұмыс істейді?
Мидың нейрондары электрлік импульстардың көмегімен ақпаратты бір-біріне береді. Бұл ғалымдар әлі толық талдай алмайтын өте күрделі және күрделі желі. Бірақ NCI көмегімен ми импульстары туралы ақпараттың бір бөлігін оқып, оны электронды құрылғыларға беру мүмкін болды. Олар, өз кезегінде, өзгерте аладыәрекетке серпін береді.
NCI оқу тарихы
Орыс ғалымы И. П. Павловтың шартты рефлекстер туралы еңбектері NC интерфейсін жасауға негіз болғаны ерекше. Сондай-ақ NCI зерттеуде маңызды рөлді оның бас миы қыртысының реттеуші рөлі туралы жеке жұмыстары атқарды. И. П. Павловтың зерттеулері ХХ ғасырдың басында Санкт-Петербургтегі Тәжірибелік медицина институтында өтті. Кейінірек Павловтың NC интерфейсі бағыты бойынша идеяларын кеңестік физиолог П. К. Анохин және кеңестік және ресейлік нейрофизиолог Н. П. Бехтерева әзірледі. Ғаламдық NCI зерттеулері тек 1970 жылдары АҚШ-та басталды. Тәжірибелер маймылдарға, егеуқұйрықтарға және басқа жануарларға жүргізілді. Зерттеу барысында эксперименталды маймылдармен жұмыс істеген ғалымдар мидың белгілі бір аймақтары олардың аяқ-қолдарының қозғалысына жауап беретінін анықтады. Осы ашылудан бері NCI-нің кейінгі тағдыры бекітілді.
Электроэнцефалография (ЭЭГ)
Электроэнцефалография - адамның басына инвазивті емес электродтарды бекіту арқылы мидың электронды импульстарын оқу әдісі. Инвазивті емес әдіс - бұл электродтарды ми қыртысына тікелей енгізбей адамның немесе жануардың басына бекіту әдісі. ЭЭГ әдісі салыстырмалы түрде ерте пайда болды және ми-компьютер интерфейсін дамытуға үлкен үлес қосты. ЭЭГ әдісі бүгінгі күнге дейін қолданылады, себебі ол арзан және тиімді.
NCI кезеңдері
Адам миынан келетін ақпарат өңделедітөрт қадамда электрондық құрылғы:
- Сигнал алу.
- Алдын ала өңдеу.
- Деректерді түсіндіру және жіктеу.
- Дерек шығысы.
Бірінші кезең
Бірінші кезеңде электродтар ми қыртысына тікелей енгізіледі (инвазивті әдіс) немесе бастың бетіне бекітіледі (инвазивті емес әдіс). Ми жасушаларынан ақпаратты оқу процесі басталады. Электродтар әртүрлі әрекеттерге жауапты нейрондардың жеке жүйелерінен деректерді жинайды.
Алдын ала өңдеу
Ми-компьютер интерфейсінің екінші кезеңінде қабылданған сигналдар алдын ала өңделеді. Құрылғы деректердің күрделі құрамын жеңілдету, қажетсіз ақпаратты және анық ми сигналдарына кедергі келтіретін шуды жою үшін сигнал сипаттамаларын шығарады.
Үшінші кезең
NDT интерфейсінің үшінші сатысында ақпарат электрлік импульстардан сандық кодқа интерпретацияланады. Ол ми берген әрекетті, сигналды білдіреді. Содан кейін алынған кодтар жіктеледі.
Дерек шығысы
Ақпаратты шығару төртінші кезеңде орын алады. Цифрланған деректер ойша берілген пәрменді орындайтын миға қосылған құрылғыға шығарылады.
Нейропротездеу
Ми интерфейсін жүзеге асырудың негізгі бағыттарының бірі – медицина. Жүйке протездері адам миы мен оның мүшелерінің әрекеті арасындағы байланысты қалпына келтіруге, ауру немесе жарақаттан зардап шеккен мүшелерді кейіннен сау дененің функцияларын қалпына келтірумен ауыстыруға арналған. NCI әсіресе сал ауруы немесе аяқ-қолдары жоғалған адамдар үшін жақсы болуы мүмкін. Нерв протездерін қолдануда ми-компьютер интерфейсінің жұмыс істеу принципі қолданылады. Қарапайым тілмен айтқанда, адамға протездік қолдар немесе аяқтар орнатылады, олардан электронды имплантаттар мидың осы аяқ-қолдың қозғалысына жауап беретін аймағына апарады. Нейропротездеу көптеген сынақтардан өтті, бірақ оны жаппай қолданудың қиындығы NCI мидың сигналдарын толық оқи алмайтындығында, ал протездерді зертханадан тыс күнделікті өмірде бақылау қиын. Бірнеше жыл бұрын Ресей нейропротездер өндірісін жолға қоймақ болған, бірақ әлі күнге дейін бұл жүзеге асырылған жоқ.
Есту протездері
Егер протездік аяқ-қолдар жаппай нарықта әлі пайда болмаса, онда кохлеарлық имплант (есту қабілетін қалпына келтіруге көмектесетін протез) ұзақ уақыт бойы қолданылған. Оны алу үшін науқаста сенсорлық есту қабілетінің жоғалуының айқын дәрежесі болуы керек (яғни есту аппаратының дыбыстарды қабылдау және талдау қабілеті бұзылған есту қабілетінің жоғалуы). Кәдімгі есту аппараты күтілетін нәтиже бермеген жағдайда кохлеарлық имплантпен естуді қалпына келтіру қолданылады. Имплант құлақ аппаратына және бастың іргелес бөлігіне хирургиялық операция нәтижесінде имплантацияланады. Кез келген басқа ми-машина интерфейсі сияқты, кохлеарлық имплант иесіне толығымен сәйкес келуі керек. Оны қалай пайдалану керектігін үйрену және имплантантты жаңа құлақ ретінде қабылдай бастау үшін пациент ұзақ оңалту курсынан өтуі керек.
NCI болашағы
Жақында сіз барлық жерде жасанды интеллект туралы естіп, оқи аласыз. Бұл көптеген адамдардың арманы орындалып жатқанын білдіреді - жақын арада біздің миымыз технологиямен симбиозға енеді. Бұл адамзат дамуының жаңа дәуірі болары сөзсіз. Білім мен мүмкіндіктердің жаңа деңгейі. Ми-компьютер интерфейсінің арқасында ғылымның көптеген салаларында көптеген жаңа және маңызды жаңалықтар пайда болады. Медициналық мақсатта пайдаланудан басқа, NCI пайдаланушыны виртуалды шындық құрылғыларына қосуға болады. Виртуалды компьютер тінтуірі, пернетақта, виртуалды шындық ойындарындағы кейіпкерлер және т.б.
Қолсыз басқару
Нейрокомпьютер интерфейсінің негізгі міндеті – бұлшық еттердің көмегінсіз жабдықты басқару мүмкіндігін табу. Бұл саладағы ашылулар сал ауруына шалдыққан адамдарға қозғалыста, көлік жүргізуде және гаджеттерде көбірек мүмкіндіктер береді. Қазірдің өзінде NCI адам миы мен компьютердің жасанды интеллектін біріктіреді. Бұл адам миының принциптерін терең зерттеудің арқасында мүмкін болды. Олардың негізінде NCI және жасанды интеллект жұмыс істейтін бағдарламалар құрастырылады.
Робототехникадағы NTI
Ғалымдар мидың белгілі бір аймақтары бұлшықет қозғалысына жауап беретінін анықтағаннан кейін, оларда адам миы тек өз денесін ғана емес, сонымен қатар гуманоидты машинаны да басқара алады деген ойға келді. Қазір көптеген түрлі роботты машиналар жасалуда. Соның ішінде гуманоидтар. Робот жасаушылар өздерінің гуманоидтық жұмыстарына ұмтыладынақты адамдардың мінез-құлқына еліктейді. Бірақ әзірге бағдарламалау және жасанды интеллект бұл тапсырманы NCI-ге қарағанда әлдеқайда нашар жеңе алады. NC интерфейсін пайдалана отырып, сіз роботты аяқ-қолдарды қашықтықтан басқара аласыз. Мысалы, адам қол жеткізе алмайтын жерлерде. Немесе зергерлік бұйымдардың дәлдігін талап ететін жұмыстарда.
сал ауруына арналған NCI
Медицинада ең көп сұранысқа ие ми-компьютер интерфейсі екені сөзсіз. Протездік қолды, аяқты басқару, мүгедектер арбасын ақылмен басқару, смартфондардағы, қолсыз компьютерлердегі ақпаратты басқару және т.б. Егер бұл жаңалықтар барлық жерде қолданылса, қазіргі уақытта қозғалыс мүмкіндігі шектеулі адамдардың өмір сүру деңгейі жақсарады. Миы денені айналып өтіп, командаларға бірден құрылғыларға жібереді, бұл мүгедек адамға қоршаған ортаға жақсы бейімделуге көмектеседі. Бірақ нейропротездеуге тырысқанда мамандар бүгінгі күнге дейін шешімін таба алмай жүрген кейбір мәселелерге тап болады.
Ми-компьютер интерфейсінің артықшылықтары мен кемшіліктері
NC интерфейсін пайдаланудың көптеген артықшылықтары бар екеніне қарамастан, оны пайдаланудың кемшіліктері де бар. Медицинадағы NCI дамуындағы артықшылық адам миының (әсіресе оның қыртысының) өзгерістерге өте жақсы бейімделуі болып табылады, соның арқасында NCI интерфейсінің мүмкіндіктері шексіз дерлік. Мәселе тек жаңа технологиялардың дамуы мен ашылуының артында тұр. Бірақ бұл жерде кейбір мәселелер бар.
Дене тіндерінің құрылғылармен үйлеспеуі
Біріншіден, кірсеңізимплантаттарды инвазивті жолмен (тіндердің ішінде) пациенттің тіндерімен толық үйлесімділігіне қол жеткізу өте қиын. Органикалық тінге толығымен имплантациялануы тиіс материалдар мен талшықтар тек жасалуда.
Мимен салыстырғанда жетілмеген техника
Екіншіден, электродтар әлі де ми нейрондарына қарағанда әлдеқайда қарапайым. Олар әлі мидың жүйке жасушалары оңай өңдей алатын барлық ақпаратты бере алмайды және қабылдай алмайды. Демек, сау адамның аяқ-қолдарының қозғалысы нейропротездердің қозғалысына қарағанда әлдеқайда жылдам және дәлірек болады, ал сау құлақ кохлеарлық имплантаты бар құлаққа қарағанда дыбыстарды анық және дұрыс қабылдайды. Егер біздің миымыз қандай ақпаратты сүзгіден өткізу керектігін және нені негізгі деп санау керектігін білсе, жасанды интеллекті бар құрылғыларда мұны адам жазған алгоритмдер жасайды. Олар адам миының күрделі алгоритмдерін қайталай алғанша.
Басқару үшін тым көп айнымалылар
Кейбір ғылыми институттар жақын арада аяқтың немесе қолдың жеке нейропротезін емес, церебральды сал ауруымен ауыратын адамдар үшін тұтас экзоскелет жасауды жоспарлап отыр. Протездің бұл түрімен экзоскелет тек мидан ғана емес, жұлыннан да ақпарат алуы керек. Дененің барлық маңызды жүйке ұштарына қосылған мұндай құрылғы арқылы адамды нағыз киборг деп атауға болады. Экзоскелет кию толық сал ауруына шалдыққан адамның қозғалу қабілетін қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Бірақ мәселе қозғалысты жүзеге асыру НКИ-ден талап етілетін нәрсе емес. Экзоскелеттепе-теңдікті, қозғалыстарды үйлестіруді, кеңістікте бағдарлауды да ескеруі керек. Осы командалардың барлығын бір уақытта орындау қиынға соғады.
Адамдардың жаңадан қорқуы
Инвазивті емес имплантантты орналастыру әдісі зертханалық жағдайларда тиімді, бірақ қарапайым өмірде бұл әдіс оған қойылған күтуді ақтауы екіталай. Мұндай қосылыммен байланыс әлсіз, ол негізінен сигналдарды оқу үшін қолданылады. Сондықтан медицинада және нейропротездеуде, әдетте, электродтарды денеге енгізудің хирургиялық әдісін қолданады. Бірақ аз адамдар өздерінің денесі мен белгісіз техникасын біріктіруге келіседі. Голливуд фильмдеріндегі терминаторлар мен киборгтар туралы естіген адамдар прогресс пен жаңалықтардан қорқады, әсіресе олар адамға тікелей қатысты болса.
